可在本发明 范围内使用的溶胶的一个实例，该申请通过参引纳入本申请中。
[0017] "区段地施加覆层"在本发明的范围内理解为施加所述覆层，其方式为，所述固体 电解质的外面或表面或者已经施加于其上的层被后续的层至少部分地覆盖，但不必完全覆 盖。因此可行的是，所述覆层只施加到所述固体电解质的确定区段上，例如只施加到所述固 体电解质的确定的侧表面或侧边缘上，或者只施加在所述固体电解质的确定区域中，所述 确定的区域例如沿传感器元件纵向延伸方向观察比所述固体电解质的另一区域进一步地 处在所述测量气体腔室中。
[0018] "孔隙率"在本发明范围内理解为空腔体积与材料或材料混合物总体积的比值，作 为无尺寸测量参数。这个测量参数可尤其以百分数表示。开放的孔隙率在此理解为，这样 空腔的空腔体积占总空腔体积的含量，其中所述空腔彼此连通并且与周围空气连通。确定 的孔隙率在此理解为至少20%的，优选至少30%和更优选至少40%的孔隙率，如60%。依 据技术原理，此处不包括高于80%的孔隙率，因为该孔隙率可降低所述层的稳定性。
[0019] "回火步骤"在本发明的范围内理解为，所述固体电解质和所述溶胶（更确切地说， 所述陶瓷浆料）被加热到低于固体电解质材料的熔化温度和溶胶的熔化温度的温度。
[0020] "成孔剂"在本发明的范围内理解为如下材料，其被设置用于使得通过浸渍或者喷 溅施加的陶瓷层多孔和更轻。这例如是锯肩和软木肩、淀粉、煤粉、聚合物小珠或聚合物纤 维，尤其是短纤维。特别地，对此应理解为碳基材料，其在所谓烧结时燃烧并且在此留下空 腔。
[0021] 本发明的基本构思是，提供一种多重或多层的热冲击防护层，其可优化地适配于 确定的要求，例如热冲击防护、导热性、热容、水渗透性、可润湿性。通过所述热冲击防护层 这样调整各层的特性，使得尽可能避免或降低传感器元件的功能损害。特别是在快速激活 时间（Fast-Light-Off-Zeit)和热应力要求方面获得优点。在常规的热冲击防护层中由于 层厚的大的波动必须提高平均层厚，由此确保必需的最小层厚。因此，在常规传感器元件 中热容被这样提高，使得所述传感器元件的快速接通变差，即所谓快速激活变差，例如取决 于各传感器模型在约2. 2秒或1. 4秒。
[0022] 通过由多个单独层制成热冲击防护层，所述多个单独层优化地适配于例如热冲击 防护、导热性、水渗透性、热容、可润湿性的具体要求，通过所施加的热冲击防护层可降低拉 姆达传感器的功能和动力学损害。例如，所述层可因其孔隙率而不同。但同时，通过改变所 选择的陶瓷，例如内层用氧化锆和外层用氧化铝，进一步地，可部分地独立于所述孔隙率而 适配所述导热性和所述热容。由此，所述热冲击防护层的层厚和热质量可保持尽可能小。此 外，由此可实现内部热冲击防护层的高孔隙率，使所述热冲击防护层的热质量与所述传感 器元件脱耦。通过所述内部热冲击防护层的热脱耦可减小热应力要求和快速激活时间。通 过使用薄的细孔外层，可降低水的渗透性，即所述层是疏水的，而不以不允许的方式减小到 测量电极的测量气体入口。换句话说，所述外层具有薄膜的功能。特别地，所述传感器元件 的基础陶瓷的气体进入孔的进入区域通过所述热冲击防护层的粗孔内层被明显增大，并且 由此气体进入限制通过外部的较致密的热冲击防护层而有效地减小。由此，在外层的渗透 性制造偏差时，仍只得到气体进入的较小偏差和因而传感器元件的特性曲线斜率的较小偏 差。通过使用不同的陶瓷，热特性（例如导热性、热膨胀、热容）可部分地独立于孔隙率进 行调整。此外，所述传感器元件和所述热冲击防护层之间的热机械应力可被减小，从而孔隙 率不因为出现微观裂缝或宏观裂缝而改变，不导致所述热冲击防护层或者所述传感器元件 失效。所述传感器元件在快速气体交换时的动态响应特性可由此改善，因为薄的内部高孔 隙率的热冲击防护层的气体存储性由于更小的开放孔体积而变小。
[0023] 本发明的另一基本构思是，所述热冲击防护层通过陶瓷废气传感器上的无机多孔 层进行优化。所述热冲击防护层的结构在此有针对性地适配动态性和热冲击防护性。在所 述热冲击防护层的一个特别有利的实施方式中，内层具有高孔隙率。这通过更大的孔的均 匀分布来实现。所述热冲击防护层的外层由具有更小的、细致分布的孔隙率的层构成。所 述内部热冲击防护层的高孔隙率相应地形成在所述固体电解质和其余的热冲击防护层之 间的非常好的热绝缘，因为由于高的孔含量（包括许多空气）相对于所述固体电解质的导 热性是低的。由此，所述固体电解质可被更快速地加热，即实现更短的快速激活时间，因为 所述热冲击防护层的物质与所述固体电解质热脱耦。此外，所述热冲击防护层的热质量与 所述固体电解质脱耦引起更低的热应力要求，因为所述热冲击防护层的冷却不直接传递到 所述固体电解质的表面上。通过调整所述外层的细致的孔隙率得到具有更小粗糙度的光滑 表面。这阻止了水侵入到防护层中，提高了快速激活时间。通过制成光滑的表面使水渗透 性降低，还得到了改善的热冲击鲁棒性。为了使侵入到热冲击防护层中的水能够在固体电 解质快速加热时排出，作为薄膜起作用的所述外层，一方面必须机械稳定，以便能够抵抗水 蒸气的快速升高的压力，另一方面必须具有足够多的孔，以允许水蒸气从内向外排出。
[0024] 例如，多重热冲击防护层通过等离子体覆层和浸渍覆层的组合实现。此外，等离子 体覆层、浸渍覆层和喷溅覆层的所有组合可实现用于制造多重热冲击防护层。所述多重热 冲击防护层可通过不同的材料组分使用相同的涂覆方法，或者通过使用不同的涂覆方法实 现。例如，所述热冲击防护层以大气等离子体喷射和溶胶-凝胶悬浮体的组合来实现。所 述溶胶-凝胶悬浮体在等离子体喷射的表面上形成光滑的且具有微孔的层。由此阻止水侵 入到所述等离子体喷射的层中。通过无水的等离子体喷射的层，在所述传感器元件加热时， 不需要水蒸发所需的热功率，由此可减小快速激活时间。
[0025] 实现梯度的热冲击防护层的替代可行性在于，施加高孔隙率的悬浮体喷射的层， 其表面在第二步骤中通过在等离子体燃烧器的火焰中的热处理而被熔焊。这导致所述热冲 击防护层的表面上的渗透性降低。
[0026] 这种多重热冲击防护层允许借助于拉姆达传感器的光学分析和磨削探测进行检 测。
【附图说明】
[0027] 从附图中示意性地示出的优选实施例的以下说明中得到本发明的更多可选细节 和特征。
[0028] 在附图中示出：
[0029] 图1示出了根据本发明的传感器元件的纵向截面图；
[0030] 图2示出了根据本发明的传感器元件在气体进入孔区域中的横截面图；
[0031] 图3示出了根据本发明的传感器元件在气体进入孔区域中的横截面放大图；
[0032] 图4示出了根据本发明的传感器元件在气体进入孔区域中的俯视图；以及
[0033] 图5示出了根据本发明的传感器元件在具有热冲击防护层的侧边缘区域中的局 部放大图。
【具体实施方式】
[0034] 图1中示出的传感器元件10可用于检测测量气体的物理和/或化学特性，其中， 一个或多个特性可被探测。本发明在下文中尤其参考气体的气体组分的定性和/或定量的 探测进行描述，特别地，参照测量气体中氧气含量的探测进行描述。氧气含量可例如以分压 的形式和/或百分含量的形式被探测。然而，从原理上来讲，也可探测其它种类的气体组 分，例如氧化氮、碳氢化合物和/或氢气。然而，替代地或附加地，也可探测测量气体的其它 特性，例如温度。本发明尤其能适用于汽车技术领域中，从而测量腔室尤其可以是内燃机的 排气管，测量气体尤其是废气。
[0035] 传感器元件10作为平面拉姆达传感器的示例性组成部分，具有固体电解质12。固 体电解质12可由多个固体电解质层组装或者包括多个固体电解质层。固体电解质12尤其 可以是陶瓷固体电解质12,如二氧化锆（ZrO2),尤其是钇稳定氧化锆（YSZ)和掺杂钪的氧 化锆（ScSZ)，其可包含少量的氧化铝（Al2O3)和/或二氧化硅（SiO2)辅料。固体电解质12 具有至少一个功能元件。在所示实施方式中，固体电解质12具有例如第一电极14、第二电 极16和加热元件18。第一电极14布置在固体电解质12的表面20上。第二电极16布置 在固体电解质12内部。
[0036] 此外，传感器元件10具有气体进入路径22。气体进入路径22包括气体进入孔 24。不仅第一电极14而且第二电极16都围绕气体进入孔24,例如以环形地方式。例如， 第二电极16布置在未详细示出的电极空腔中，该电极空腔通过通道而与气体进入孔24连 通。在该通道中例如布置有扩散阻碍物，其减少或甚至阻止气体从测量腔室溢流到电极空 腔中，并且能够仅仅产生扩散。通过所述扩散阻碍物，第二电极16因而能以来自测量腔室 的气体被加载。第一电极14和第二电极16通过固体电解质12相互连接并且构成栗电池 (PumpZelle)26。通过所述扩散阻碍物，允许调整栗电池26的极限流。
[0037] 在气体进入孔24的延伸方向的延伸部中，加热元件18布置在固体电解质12中。 加热元件18设置用于加热栗电池26,尤其加热到栗电池26传导离子（特别是氧离子）的 温度，例如75